挑战赛1——班门弄斧之上传下载基础版

前言

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DF搞的这个比赛还挺有趣：micro:bit × OBLOQ DF创客社区玩转物联网挑战赛，一边在写文章一边在爱奇艺上看着印度电影巴霍巴利王，别说，浮夸但还不错。

1、硬件分析

所谓“若远行，先利其器”，我们首先要好好了解提供的硬件，知道是什么，能做什么，后续才会物尽其用。

第一阶段硬件如下：

1. micro:bit (自备)
2. Micro:Mate多功能I/O扩展板
3. OBLOQ物联网模块

1.1 micro:bit

板载硬件资源之前讨论过。文章还没整理，哈哈，拖延症

1.2 Micro:Mate 扩展板

特性：

• 3个模拟口（仅支持3.3V模拟<u>输入</u>）
• 3个数字口（支持5V/3.3V数字输入输出）
• 舵机驱动电流：1.2A
• 输入电压：3.3V/5V
• 板载3.5mm耳机直插

注意：

• Micro:Mate通过弹针连接micro:bit主板，安装时，请将螺丝拧紧，防止接触不良。
• Micro:Mate由于本身电压限制（3.3V） 不支持5V模拟输入模块，如PH计等5V设备将无法兼容。
• Micro:Mate的USB接口仅作供电使用，无法用于程序上传。
• 驱动大电流设备，如舵机等原件，请将元件接至8 12 16口，并调整至5V输出，否则可能由于电流过大烧坏电路板！
• 板载了一个<u>数字口电源切换</u>开关，使数字口供电可在5V、3V或OFF之间任意切换。

优点是很小巧，支持外置电源。

我们再深入一下看看Mate的原理图，可以从Mate产品维库上找到：

再对比mb的引脚图：

仔细看一下，有以下几点：

• 仅引出了micro：bit的P0、P1、P2(以上为Analog)、P8、P12、P16等6个引脚，P0连接到耳机接口
• 板载AMS1117-3.3是一种输出电压为3.3V的正向低压降稳压器
• D1、D2、D7三个LED无法通过用户自定义
• 这个P12是干啥的？

1.3 OBLOQ物联网模块

这个是比较有特色的东西，本质是大火的ESP8266，之前写过详细的文章，DFRobot进行了封装，仅引出串行通讯引脚，并且不仅可以连接DFRobot自己的服务器，方便一般用户快速上手使用。不过我们看看ESP8266和mb的硬件配置：

	ESP8266(ESP-12F为例)	Nordic nRF51822
处理器	RISC Tensilica L106 32 位	ARM Cortex-M0 32位
主频	80/160MHz	16MHz
Flash ROM	4MB	256KB
运行内存	~40KB	16KB

问苍茫大地，谁主沉浮？我们也可以把性能更强的OBLOQ模块作为主应用处理器，mb作为外设使用。

看起来是引出了一个3色LED，两个按钮(UPGRADE和RESET)。

2、小试牛刀

这里我们采用MakeCode，配合DFRobot的pxt支持包：https://github.com/DFRobot/pxt-Obloq，还可以参考[一](https://github.com/DFRobot/Obloq)、[二](https://github.com/DFRobot/OBLOQExamples)。

注意！关于Obloq图块的大部分设置参考可以在https://github.com/DFRobot/pxt-Obloq/blob/master/Obloq.ts 找到。

mb的MicroUSB接口支持串口调试，而OBLOQ使用串口通讯，好在mb提供了串行接口重定向功能，我们这里把蓝、绿线接到随便两个接口上(不推荐P0，已接到音频接口)，然后设定串口重定向即可。区别在于Analog区三个仅支持3.3v，Digital区支持3.3/5v切换。

Question：nRF51最多支持几个串口？

串行重定向的话，涉及一个波特率的问题，查看第219行，可知默认波特率9600：

        serial.redirect(
            Tx,
            Rx,
            BaudRate.BaudRate9600
        )

LED矩阵会随着状态显示不同图案，三色LED代表意义如下：

颜色	指示状态
红色	没有正常运行
蓝色	正在连接wifi
绿色	正常工作
紫色	Mqtt连接断开

初版代码如下：https://makecode.microbit.org/_9VAW1X35DDuH

功能特性：

1. 通电后按自动通过LED矩阵显示当前温度
2. 按A键开始向服务器发送数据，B键停止发送
3. 从手机APP里发送temperature则立即返回当前温度；发送light同理。此外连接风扇、LED灯都可以进行控制

注意点：

1. 循环语句中尽量减少调用获取temperature函数，降低耗电。默认60s上传一次数据，通过命令可以立即返回温度和环境亮度信息

2. 通过status变量控制是否向远端服务器发送数据，同时检测连通服务器时才发送数据，避免冗余

3. quit指代断开串口，目前还没公布相关API

   /**
   * Disconnect the serial port.
   */
   export function Obloq_quit(): void { 
      obloqWriteString("quit!\r")
   }

4. dfrobot的EasyIoT平台集成了MQTT Broker、subscriber、publisher功能，其中数据记录间隔不少于1s，否则无法显示，但是实际上服务器本身无限制，所以app能收到，但是网页不显示

5. Obloq模块作为中间件，抽象出了共用的API，可以指定第三方服务器。从这里可以看到相关API（等待官方完善后释出的正式版API）

6. OBLOQ模块支持最大订阅5个TOPIC，但由于目前pxt只支持一个topic，发送请求时会影响上传数据的统计，造成干扰数据，解决方法是开一个新的topic，借助mpython或者用第三方服务器

      /**
       * Subscribe to a Topic
       * @param top set top, eg: top
      */
      //% weight=67
      //% blockId=Obloq_subTopic
      //% block="subTopic"
      //% advanced=true
      export function Obloq_subTopic(): void { 
          if (!serialinit) { 
              Obloq_serialInit()
          }
          obloqWriteString("|4|1|2|"+OBLOQ_IOT_TOPIC+"|\r")
      }  

7. iot.dfrobot.com.cn使用了以下前端技术，后端数据存储是啥倒不清楚，服务器搭在腾讯云上海服务器上。

   

3、MQTT基础

知其然亦知其所以然，关于mqtt的知识可以参考我16年写的文章，彼时使用手机和Intel Galileo Gen2通过网络（无线或者有线网）连接，当然也可以选用BLE或者ZigBee之类。然后是通讯协议的选择，固然TCP/IP协议很成熟，但是对于物联网嵌入式应用来说，略显臃肿。目前物联网常用的协议包括CoAP、MQTT、XMPP、RESTful HTTP等，这里介绍应用最为广泛的MQTT协议。关于各种协议之间的差别，可以查看这篇文章。

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和致动器（比如通过Twitter让房屋联网）的通信协议。
Mosquitto是一款实现了 MQTT v3.1 协议的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持发布/订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信简单易用。
MQTT协议的基本概念：
【MQTT协议特点】——相比于RESTful架构的物联网系统，MQTT协议借助消息推送功能，可以更好地实现远程控制。
【MQTT协议角色】——在RESTful架构的物联网系统，包含两个角色客户端和服务器端，而在MQTT协议中包括发布者_pub(lisher)，代理器（服务器）-broker和订阅者-subcriber。
【MQTT协议消息-m(essage)】——MQTT中的消息可理解为发布者和订阅者交换的内容（负载），这些消息包含具体的内容，可以被订阅者使用。
【MQTT协议主题-t(opic)】——MQTT中的主题可理解为相同类型或相似类型的消息集合。

——Via
注意：以下仅作功能演示，暂时不要用于生产环境。记得开启密码验证。

扩展阅读

以下是非常棒的MQTT协议入门与理解，这个博客真的非常棒，感谢博主的分享！

• MQTT协议体验 Mosquitto安装和使用
• 树莓派MQTT客户端 使用Mosquitto和paho-python
• Yeelink MQTT服务 使用mqtt.js和paho-mqtt

之前需要手写相关代码去连接服务器、订阅、发送信息，现在obloq直接在固件里封装好并提供API(向串口写入数据然后返回)，方便许多。

4、手机APP控制交互

理解了mqtt的基本原理，我们就好办了，MQTT Dashboard是我用过几个后能满足要求的Android APP，谷歌商店有，如果无法访问Google Play可以从这里下载手动或者使用apkpure.com提供的软件市场，包含了大部分谷歌商店的应用内容。

手机客户端初始界面，其中：

1. 除了微信小程序EasyIoT，我们可以使用其他APP，例如
   • iOS：IoT OnOff 和 MQTT
   • Android：MQTT DashBoard和MQTT Dash
2. EasyIoT的地址为iot.dfrobot.com.cn:1883，用户名密码在网站页面上，就是Iot_id(user)和Iot_pwd(password)，Client ID随便填，只要唯一就行。

Subcribe界面很简单，就是简单的接收信息。

Publish界面（这些控件都可以自定义）：

效果如下：

还是要注意的是延时1s以上才会在网页记录：

注意：关于MQTT QoS，可以看这篇文章，简单来说就是：

• level 0：最多一次的传输
• level 1：至少一次的传输
• level 2： 只有一次的传输

最终效果(画质为啥这么差)：

5、进阶展望

1. 自定义服务器，比如ThingsBoard，从而提供更个性化的需求

2. 使用第三方ESP8266固件，如espurna、eps-mqtt、ESP-Link，后者被Arduino Uno Wifi官方采用

   

3. 使用微信(wxpy)、Server酱、TelegramBot等无人值守聊天机器人来响应请求

专业，严谨，赞赞。